文 | 陳根

4D打印是在3D打印基礎上增加了可自變維度，它將為包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等人類社會的各領域發(fā)展帶來深遠影響：4D打印實現(xiàn)工業(yè)制造集約化；4D打印為人體派駐癌癥疫苗；4D打印推動私人訂制向私人工廠邁進；4D打印將進一步驅(qū)動創(chuàng)新速度；4D打印將顛覆傳統(tǒng)商業(yè)模式；4D打印知識產(chǎn)權的監(jiān)管備受挑戰(zhàn)。

智能穿戴產(chǎn)業(yè)專家，智能家居產(chǎn)業(yè)專家,教授級高級工程師，科技、財經(jīng)作家。《可穿戴設備：移動互聯(lián)網(wǎng)新浪潮》、《智能穿戴改變世界：下一輪商業(yè)浪潮》、《智能電視：重塑第1屏》、《4D打印:改變未來商業(yè)生態(tài)》、《互聯(lián)網(wǎng)+智能家居》、《互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療融合》等科技暢銷書作者。主要研究方向:智能產(chǎn)業(yè)、4D打印、移動醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)與產(chǎn)業(yè)變革等。

“3D打印堪稱一項顛覆性的技術。”日前，李克強總理在主持國務院專題討論的時候強調(diào)：中國要加快3D打印、工業(yè)機器人等新技術、新裝備的運用和制造，實現(xiàn)中國制造水準的躍升。雖然“人”始終是最活躍的因素，但生產(chǎn)工具的變革往往能起到關鍵作用。

李總理吹向“新打印技術”的風，不僅將掀起3D打印技術熱，也將為4D打印技術的發(fā)展添柴加薪。那么，在3D打印基礎上增加可自變維度的4D打印，又是一種怎樣狀況呢？

而關于4D打印我們需要一些基本的了解，在我們最為熟知的概念中普遍認知的是2D打印，也就是在平面上打印，比如打印文檔、文件、圖紙、照片之類，也就是X、Y的構成維度。而到了3D打印，通俗的理解是在X、Y維度的基礎上增加一個Z的維度，就構成了三維立體。但到了4D打印，所增加的維度不再是X、Y、Z所構成的立體維度，而是在這些維度之外增加時間維度。簡單來說，所謂4D打印就是在3D打印基礎上增加時間維度。

2D、3D、4D，看起來像個等數(shù)列，實際上就是每一級增加了一個D，即打印出來的物體增加了一個維度（dimension）。如果說2D是X、Y；3D是X、Y、Z；那么4D則是X、Y、Z的基礎上增加了T。這就意味著4D打印融入了時間，也就是表示4D打印就是打印出可以隨時間變化而改變的物體，而這種改變我們可以理解為自我組裝。

目前國際上對于4D打印的理解主要是基于麻省理工大學一個叫NervousSystem的工作室所開發(fā)的一套4D打印系統(tǒng)Kinematics的試驗為基礎，那些3D打印出來的鉸鏈式三角小模塊，在一定的外在介質(zhì)下，可以在特定的時間實現(xiàn)自我組裝成各種不同結構的物體。美國麻省理工學院4D打印項目研發(fā)負責人斯凱拉·蒂比茨表示，“這就像把智慧植入到了材料當中?！倍@種“智慧”可以更專業(yè)的理解為一種增加了時間維度的自變形要素，這種直接將設計內(nèi)置到物料當中的4D打印，簡化了從“設計理念”到“實物”的造物過程，即物品在經(jīng)過基礎打印之后，便不再需要連接任何復雜的機電設備就可以自行變幻成所預設的產(chǎn)品模樣，實現(xiàn)猶如金剛般“自動”創(chuàng)造。

4D打印實現(xiàn)工業(yè)制造集約化

“促進中國制造上水平，既要在改造傳統(tǒng)制造上‘補課’，同時還要瞄準世界產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展前沿，加快3D打印等新技術新裝備的運用和制造。”李總理已經(jīng)對中國制造水平升級提出了明確的要求，我們可以通過工業(yè)4.0或3D打印，將產(chǎn)品由批量化生產(chǎn)向定制化制造轉移；而在此基礎上發(fā)展出來的4D打印，則可以在更高層次上解決產(chǎn)品自組裝的問題，并且增加產(chǎn)品自行創(chuàng)意變化的環(huán)節(jié)。

3D打印技術的出現(xiàn)，對于幫助解決一些復雜結構的設計有了更為直接的幫助，包括讓一些結構部件變得更輕盈、更結實，但無法實現(xiàn)應對于外力環(huán)境變化而自我驅(qū)動變化。4D打印技術的運用，將可以滿足不同環(huán)境的變化。比如運用4D打印技術的飛機，在面臨特定環(huán)境變化時可以實現(xiàn)自我分解，以最為理想的狀態(tài)給乘客提供保護；在航天方面也是如此，我們不再需要帶著組裝好的龐大設備進入太空，只要帶上材料和4D打印機，或是打印好的材料進入太空即可。因為等物品到了太空之后，只要在特定的介質(zhì)觸發(fā)下，太空站、太空服或其他的操作設備都可以自行組裝完成。這將為人類更深入地探索宇宙奧秘提供更大的便利。

同樣，對于日常的工業(yè)領域而言，4D打印技術將徹底改變當前制造與商業(yè)的業(yè)態(tài)形式；同時還將簡化工業(yè)制造中的多余繁瑣環(huán)節(jié)，將浪費降到最低，實現(xiàn)能源利用最大化。

4D打印為人體派駐癌癥疫苗

借助于3D打印技術進行一些器官、肢體打印并與患者有效匹配，已經(jīng)在醫(yī)學領域被證實應用的可行性。尤其對于一些相對骨質(zhì)的肢體，應用3D打印技術更是不在話下；當然，目前對于一些軟組織器官，3D打印技術的應用也在不斷嘗試中。

在3D打印技術發(fā)展的基礎上，4D打印將進一步升級腦洞思維、開闊視野格局。甚至，人類對于4D打印的最具顛覆性技術應用，將不是局限于器官、肢體的打印，而是人體細胞的打印。通過打印這些納米級與人體細胞類似的藥物細胞，將相對應的癌細胞病毒設置為介質(zhì)觸發(fā)源，然后將其注射到人體內(nèi)環(huán)境。那么，當這些4D打印的“人體衛(wèi)士”細胞在體內(nèi)巡邏時，一旦遇到癌細胞就能觸發(fā)形變，實現(xiàn)點對點的藥物釋放，從而將癌細胞病毒消滅，并隨人體代謝排出體外。

4D打印在該方面的應用，或許將成為人類戰(zhàn)勝癌癥的一條有效技術通道。由此以后，人類體內(nèi)將常駐“人體衛(wèi)士”——癌癥疫苗，時刻監(jiān)測著體內(nèi)環(huán)境的癌細胞變化，徹底杜絕癌癥病變的機會。同樣，對于人類所接觸的一些未知病毒，也可以借助于4D打印技術以疫苗的形式注射進人體進行預防。從科幻世界走入現(xiàn)實生活的4D打印，將給我們的生活帶來哪些改變？又將給包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等人類社會的各領域發(fā)展帶來怎樣的深遠影響？

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從科幻世界走入現(xiàn)實生活的4D打印，將給我們的生活帶來哪些改變？又將給包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等人類社會的各領域發(fā)展帶來怎樣的深遠影響？

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推動私人訂制向私人工廠邁進

在3D打印技術以前，私人個性化訂制幾乎不太可能，我們所有的消費只能基于工業(yè)批量化生產(chǎn)而進行。對于制造商而言，他們需要通過對不同零部件及其供應鏈的整合，從而進行大規(guī)模的工業(yè)化、標準化、自動化生產(chǎn)來降低成本，提升企業(yè)效益，因此很難滿足個性化需求。但到了3D打印時代，滿足消費者的個性化需求將成為生產(chǎn)制造的基本要求，甚至根據(jù)用戶的喜好進行私人訂制也不再是什么問題。

4D打印出現(xiàn)后，其所改變的將不再只是私人訂制的問題，而是讓每個消費者都可以實現(xiàn)自定義工廠、自主化生產(chǎn)。也就是說，未來我們要選用冰箱，將不再是直接購買一臺龐大的冰箱回家，而只需要購買核心的關鍵部件，甚至連關鍵部件都可以自己定義到4D打印機上進行打印，通過不同種材料的打印之后，讓其在我們需要的時候，進行自動連接并組裝成為我們所設想和需要的那臺冰箱。當然，在我們的需求出現(xiàn)變化的時候，也就是說我們需要更大的冷凍空間，或要將閑置的保鮮空間縮小，那么冰箱將會自動為我們觸發(fā)組裝，并自我調(diào)整空間大小以適應我們的需求。

這與私人訂制存在的最大區(qū)別是，我們不僅可以表達自己的想法，構建自己的生活，還可以借助于4D打印技術在家里定義屬于自己的創(chuàng)新“工廠”。

創(chuàng)新速度將被進一步驅(qū)動

傳統(tǒng)工業(yè)制造所面臨的一個問題，就是從產(chǎn)品立項到開發(fā)到上市銷售，通常需要經(jīng)歷一個漫長的周期，短則半年，長的甚至還有好幾年的。因為這中間牽涉到批量制造的穩(wěn)定性、模具的制造與壽命等，而這些問題都在不同程度上制約了產(chǎn)品創(chuàng)新的時間周期。

4D打印技術的出現(xiàn)與運用，不僅可以讓我們的想法被快速打印，而且可以將多種可能的修正要素預設在打印的材料方案中。由此在物品初打印成型之后，我們可以根據(jù)自己的想法驅(qū)動它實現(xiàn)自我變形、完善、修正，這對于追求創(chuàng)新、個性、差異化的人群而言無疑是一件極具意義且妙不可言的事情。

而且，這些個人想法的快速實現(xiàn)將大大縮短創(chuàng)新的時間長度，對于傳統(tǒng)的工業(yè)化企業(yè)而言也是如此。或許在不久的將來，因為4D打印技術的

運用，傳統(tǒng)工廠所出售的將不再是產(chǎn)品，而是多年沉淀的技術與服務。用戶通過購買其技術與制造經(jīng)驗，以協(xié)助自己根據(jù)想法創(chuàng)新產(chǎn)品。

4D打印將顛覆傳統(tǒng)商業(yè)模式

隨著4D打印技術的到來、成熟與普及，我們現(xiàn)在以整體物件銷售為主的模式將得到顛覆，一些關鍵零部件都將以配件的方式存在于各種商超之中。用戶所購買的也將不再是已有的產(chǎn)品固態(tài)，而是根據(jù)自己的想法購買相應的關鍵部件，然后將其與所打印的部件進行連接，有效實現(xiàn)“獨一無二”的創(chuàng)意需求。

由此所帶來的商業(yè)模式改變將會是巨大的。一方面，當前以銷售整體產(chǎn)品為主的商超，未來或?qū)⒁蕴峁?D訂制打印服務與技術支持服務為主，不再以實際整體產(chǎn)品的銷售形式存在；另一方面，一些從事于創(chuàng)意工作的人群，將通過為消費者提供創(chuàng)意設計，并為其提供4D打印服務而獲得商業(yè)價值；此外，還會催生出以零部件供應為主的各種小型連鎖商超。同時，基于4D打印技術運用而帶來的新商業(yè)模式，還會對宜家這種以創(chuàng)意設計銷售為主，尚需要用戶自行組裝完成產(chǎn)品的商業(yè)模式來說，也將會是一種顛覆，因為4D打印出來的產(chǎn)品將不再需要組裝。

知識產(chǎn)權的監(jiān)管備受挑戰(zhàn)

4D打印的發(fā)展，如同3D打印的應用發(fā)展一樣，也存在著“雙刃劍”的問題。比如，4D打印可以輕而易舉地打印出槍支器械、毒品、藥品等諸多原本難以想象的物品；甚至DIY的藥物生產(chǎn)，還將打破制作藥物、化合物等相對統(tǒng)一和一致的配方，容許人們設計和生產(chǎn)自己的藥物和強力化學品。這無疑將成為監(jiān)管部門的噩夢。

此外，正如現(xiàn)在3D打印面臨著的爭議一樣，如何鑒定4D打印在復制一些擁有版權的產(chǎn)品設計時的知識產(chǎn)權問題值得我們關注。當用戶看到一些中意的創(chuàng)意設計時，隨手一拍，回家將照片通過軟件自動生成三維模型后，將模型輸入到4D打印機上進行打印，此時對于原創(chuàng)的知識產(chǎn)權保護將變得尤其困難。尤其，4D打印的產(chǎn)品還能自我變化，也就進一步增加了取證的難度。

關于4D打印的知識產(chǎn)權，或許我們可以打一個這樣的比方，它就好比小朋友玩積木，搭出來什么東西就是什么東西。但是在這樣的情況下，又有誰能說自己搭出來的東西是專利，具有知識產(chǎn)權，而別人就不可以也搭出同樣或者差不多的東西呢？或許這時候，關于專利、知識產(chǎn)權的討論，可以轉移到積木上，而非積木的搭法。同樣，關于4D打印的知識產(chǎn)權問題，是否也可能會通過對關注物的轉移而打開一片新的篇章呢？我們拭目以待。

4D打印目前在軍事、醫(yī)療等領域已經(jīng)展開了探索，包括美國軍方在內(nèi)的機構對于4D打印在軍事領域中的應用投入了專門的預算費用，相信不久的將來4D打印將如當前的3D打印一樣走入我們的生活。